(57)【要約】  シリンダ内においてピストン上方に配置された圧縮室内において、シリンダ内に可動に配置されたピストンを用いて空気を圧縮するための少なくとも１つの当該シリンダを備えたピストンコンプレッサ。圧縮室は、圧縮される空気の入口システムと、圧縮された空気の出口システムとに接続されており、ピストンコンプレッサは第１の駆動装置によって駆動可能である。入口システムは、第２の駆動装置によって可変の出力で駆動可能である、空気入口の吸入圧を増圧するための予備圧縮装置を備えている。
2019510919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（１１）を備えたピストンコンプレッサであって、
前記シリンダ（１１）は、該シリンダ（１１）内でピストン（１２）の上方に配置された圧縮室（１４）内において、前記シリンダ（１１）内に可動に配置された前記ピストン（１２）を用いて空気を圧縮するためのものであり、
前記圧縮室（１４）は、空気入口（３０）と空気出口（３３）とを備えていて、前記空気入口（３０）では、圧縮される空気用の入口システム（３１）に接続されていて、前記空気出口（３３）では、圧縮された空気用の出口システム（３４）に接続されており、
前記ピストンコンプレッサ（１０）は第１の駆動装置（２２）によって駆動可能である、ピストンコンプレッサにおいて、
前記入口システム（３１）は、第２の駆動装置（２９）によって可変の出力で駆動可能な、吸入圧を増圧するための予備圧縮装置（２８）と、前記圧縮される空気を冷却するための冷却装置（３２）とを備えていることを特徴とする、ピストンコンプレッサ。
【請求項２】
前記ピストンコンプレッサはクランクケース（２０）を備えており、
前記クランクケース（２０）内にクランクシャフト（２１）が配置されており、
前記クランクシャフト（２１）に、前記ピストン（１２）に結合された少なくとも１つのコネクティングロッド（１３）が回転可能に取り付けられており、
前記少なくとも１つのシリンダ（１１）の吸入空気は前記クランクケース（２０）を通して案内されている、
請求項１記載のピストンコンプレッサ。
【請求項３】
前記入口システム（３１）は空気導出装置（３６）を備えている、
請求項１または２記載のピストンコンプレッサ。
【請求項４】
前記ピストンコンプレッサは、該ピストンコンプレッサ（１０）の前記少なくとも１つのシリンダ（１１）を通過した後の前記圧縮された空気を冷却するための後冷却装置（３５）を備えている、
請求項１から３までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ。
【請求項５】
前記ピストンコンプレッサは、前記予備圧縮装置（２８）の出力ひいては前記空気入口（３０）の吸入圧を調整することができる調整装置（４０）を備えている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のピストンコンプレッサ。
【請求項６】
請求項５記載のピストンコンプレッサを制御する方法において、
前記調整装置（４０）が、前記予備圧縮装置（２８）の出力を、前記空気入口（３０）における最大吸入圧（ｐｍａｘ）に相当する最大値と、前記シリンダ（１１）内でのピストン往復運動によって前記空気入口（３０）に生成される吸入圧（ｐ０）に相当する最小値との間で調整することを特徴とする、方法。
【請求項７】
前記調整装置（４０）は少なくとも１つの信号発生器（４５）および／または少なくとも１つのセンサ（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）に信号接続されており、
前記調整装置（４０）は前記予備圧縮装置（２８）の出力を、前記少なくとも１つの信号発生器（４５）および／またはセンサ（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）の少なくとも１つの値および／または信号に依存して調整する、
請求項６記載の、ピストンコンプレッサを制御する方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）は、とりわけ圧力センサ（４１ａ，４１ｂ，４１ｃ）と、温度センサ（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）と、体積流量センサと、回転数センサとを有する群から選択されている、
請求項７記載の、ピストンコンプレッサを制御する方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの信号発生器（４５）は、とりわけ運転管理システム（４５）または制御装置を有する群から選択されている、
請求項７または８記載の、ピストンコンプレッサを制御する方法。
【請求項１０】
前記調整装置（４０）は前記冷却装置（３２）の出力を、前記予備圧縮装置（２８）の出力に依存せずに調整する、
請求項６から９までのいずれか１項記載の、ピストンコンプレッサを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内においてピストン上方に配置された圧縮室内において、シリンダ内に可動に配置された当該ピストンを用いて空気を圧縮するための少なくとも１つの当該シリンダを備えたピストンコンプレッサに関し、圧縮室は、圧縮される空気に対する入口システムと、圧縮された空気に対する出口システムとに接続されている。
【０００２】
特に鉄道車両用オイルフリーピストンコンプレッサ等のピストンコンプレッサは、圧縮空気容器の充填のために使用され、この圧縮空気容器からは、とりわけ不定期的な間隔で圧縮空気が取り出される。ピストンコンプレッサは通常、最大体積流量を提供するために圧力容器に高速でフル充填するフル充填動作に対応した寸法とされる。場合によっては比較的長い一時停止時間の後に、かつ取り出された圧縮空気を再充填するためにのみコンプレッサを比較的短時間動作させる通常動作については、最大体積流量で動作するということは、かかるピストンコンプレッサの供給出力を必要に応じて制御した場合に回避できる比較的不都合な動作状態であることを意味する。
【０００３】
公知のピストンコンプレッサの調整範囲は、構造タイプに起因する最大回転数および最小回転数によって制限される。たとえば、特にオイルフリーの無潤滑ピストンコンプレッサの回転数上限は、無潤滑摩擦対の最大相対速度によって制限される。それに対して低回転数の場合には、ピストンコンプレッサにおける自由質量力によって振動が生じるので、ピストンコンプレッサの動作時における下方回転数も制限される。このことから、ピストンコンプレッサの回転数可変性が僅かのみとなり、大抵の使用事例では、回転数可変性は間欠動作の際に圧縮空気移送を要することとなる。
【０００４】
公知のピストンコンプレッサでは、圧縮空気圧送の間欠制御は、システム圧が停止圧に達したときに直ちにコンプレッサを静止状態に切り替えることによって実現される。このとき、システム圧がとりわけ圧縮空気の取り出しによって投入圧まで下降すると、ピストンコンプレッサは、当該ピストンコンプレッサが公称回転数で最大体積流量を吐出する負荷動作に切り替えられる。同時に圧縮空気容器ないしは圧縮空気システムから比較的大量の圧縮空気が取り出されない場合には、圧縮空気容器は比較的高速で充填されるので、ピストンコンプレッサは短時間の投入時間の後、比較的長時間にわたる遮断状態になる。よって、この公知の手段の制御自在性は静止状態と負荷動作とに制限され、これに伴う、ピストンコンプレッサの都度の冷間始動と、比較的大きい摩耗と、比較的長い停止時間とに起因して不都合なものとなり、特定の使用条件に適しないものにもなる。
【０００５】
ピストンコンプレッサの他の代替的な実施形態では、複数の異なる既定の回転数での間欠動作が、たとえばモータを４極と６極との間で切り替えることにより、または５０Ｈｚと６０Ｈｚとの間で切り替え可能なインバータを用いて実現される。しかし、実際のコンプレッサにおいてこのようにモータ回転数を固定すると、実現できる調整範囲が比較的制限されてしまうことにもなる。かかる場合にも、モータ回転数が高いと、とりわけオイルフリー摩擦対に強い熱負荷がかかり、これによってピストンコンプレッサの寿命が大きく低下する。この解決手段は、体積流量を調整する簡単な手法ではあるが、モータ回転数が固定されていることによって調整自在性が制限されてしまい、特定の使用条件では、かかる切り替えによって十分な体積流量を生成することができない。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２０１３１１３５５５号明細書（DE 10 2013 113 555）および同第１０２０１３１１３５５６号明細書（DE 10 2013 113 556）からはそれぞれ、コンプレッサシステムと、鉄道車両の動作状態に依存してないしは鉄道車両の現在の状況に依存してコンプレッサシステムを動作する方法が公知であり、当該コンプレッサシステムでは、ピストンコンプレッサの電気的駆動装置の回転数に連続的に影響を及ぼすための作動要素が配置されており、作動要素の制御は調整装置によって行われる。かかる作動要素により、複数の異なる回転数によって、駆動装置の動作ひいてはピストンコンプレッサの動作を鉄道車両の現在の動作状態ないしは現在の状況に合わせて調整することができる。
【０００７】
よって本発明の基礎となる課題は、エネルギ効率および出力密度を改善した上で、供給出力の調整範囲が拡大した、改善されたピストンコンプレッサを実現することである。
【０００８】
前記課題を解決するため、請求項１に記載のピストンコンプレッサと、請求項６に記載の、かかるピストンコンプレッサの制御方法とを提案する。各従属請求項に、上記提案の解決手段の改良形態が記載されている。
【０００９】
前記課題の解決手段として、シリンダ内においてピストン上方に配置された圧縮室内において、シリンダ内に可動に配置されたピストンを用いて空気を圧縮するための少なくとも１つの当該シリンダを備えたピストンコンプレッサを提案する。圧縮室は空気入口と空気出口とを備えており、圧縮室の空気入口は、圧縮される空気の入口システムに接続されており、圧縮室の空気出口は、圧縮された空気の出口システムに接続されている。ピストンコンプレッサは第１の駆動装置によって駆動可能である。入口システムは、第２の駆動装置によって可変の出力で駆動可能である、吸入圧を増圧するための予備圧縮装置と、圧縮される空気を冷却するための冷却装置とを備えている。
【００１０】
上記提案の解決手段は、吸入圧を増圧して吸入空気の吸入温度を低下することによりピストンコンプレッサの体積流量の増加を可能にするものであり、これによってピストンコンプレッサの供給出力が増加する。
【００１１】
ピストンコンプレッサは、シリンダを備えた公知の構造タイプのピストンコンプレッサであり、このシリンダ内に配置されたピストンは軸方向に可動であり、とりわけ、空気入口に配置されたインレットバルブを介して、往復運動で圧縮される空気を入口システムから吸入して圧縮し、とりわけ、空気出口に配置されたアウトレットバルブを介して、出口システム内の圧力に抗して吐出する。このピストンコンプレッサは、第１の駆動装置によって駆動可能である。ピストンコンプレッサの使用状況に依存して、第１の駆動装置は内燃機関、電気的駆動装置または他の適切な駆動装置である。
【００１２】
本発明のピストンコンプレッサは、無潤滑すなわちオイルフリーのピストンコンプレッサとすることができ、また、非オイルフリー型のピストンコンプレッサとすることもできる。本発明では、無潤滑ピストンコンプレッサ以外のものには適用できない利点または実施形態も記載しているが、これにかかわらず、無潤滑構成でないピストンコンプレッサに適用できる利点および実施形態は他にもある。
【００１３】
本発明のピストンコンプレッサでは、入口システムは、第２の駆動装置によって可変の出力で駆動可能である予備圧縮装置を備えている。この予備圧縮装置によって、とりわけ空気入口における吸入圧を可変の出力によって、吸入圧ｐ０から最大圧ｐｍａｘまで可変に増圧することができる。多段コンプレッサの場合には最初のシリンダの吸入圧が、ないしは、単段コンプレッサの場合には唯一のシリンダの吸入圧が高くなることにより、体積流量をΔＶ増大させることができる。というのも、シリンダの圧縮室には、より高い圧力下の圧縮される空気が充填されるからである。
【００１４】
予備圧縮装置を駆動するために使用される第２の駆動装置も、使用状況に依存して電気的駆動装置または他の適切な駆動装置とすることができる。また、第２の駆動装置の駆動出力は、たとえば速度伝達比が可変の伝動装置を用いて、第１の駆動装置または他の使用可能な駆動装置から第２の駆動装置へ伝達することもできる。とりわけ、第２の駆動装置から伝達される出力は可変に調整可能である。
【００１５】
本発明の解決手段では、入口システムは冷却装置を備えており、この冷却装置は、当該入口システム内に流れる圧縮される空気を適切な手段によって冷却する。この冷却装置は、とりわけ吸入空気の流れ方向において予備圧縮装置より後置されている。というのも、空気は予備圧縮によって加熱されるからである。しかし、とりわけ構造上の事情により、冷却装置を流れ方向において予備圧縮装置より前置することが有利である場合には、冷却装置をそのように配置することも可能である。かかる配置の場合、空気温度が予備圧縮によって加熱されるので、温度をより大きく低下する必要がある。ピストンコンプレッサの一実施形態では、吸入空気を予備圧縮の前と後とで冷却することも可能である。
【００１６】
入口システムはとりわけ、少なくとも１つの案内装置も備えており、この案内装置は少なくとも１つの冷却装置と少なくとも１つの圧縮装置とへ吸入空気を案内し、当該冷却装置と圧縮装置とを互いに接続し、かつ／または圧縮室の空気入口に接続する。とりわけ、冷却装置を案内装置の外部に配置することもできる。入口システムの適切な冷却装置としてはたとえば、たとえば送風機と共に使用される、管路ループまたは放熱フィン等の入口システムないしは案内装置の外面積を拡大するための装置もしくは冷媒熱交換器とすることができ、または入口システム内に流れる吸入空気から熱エネルギを取り出すために使用できる他の全ての適切な種類の装置とすることができる。
【００１７】
本発明の解決手段により、ピストンコンプレッサの体積流量を予備圧縮装置の加圧率ｐｍａｘ／ｐ０だけ増加させることができる。吸入空気の吸入圧が増圧して吸入温度が低下することにより、ピストンコンプレッサの供給出力が増加する。予備圧縮装置の出力が可変であることにより、ピストンコンプレッサの出力増加と相俟って、ピストンコンプレッサの調整自在性を上方向に向かって広幅にすることができる。よって、吸入圧の増圧により、より多い体積流量が実現されるので、全体的により小型のピストンコンプレッサを使用することも可能になる。本発明の解決手段により、フル充填動作時（ピストンコンプレッサの大きな体積流量時）に短時間で非常に高い出力を達成する調整されたコンプレッサ動作と、通常動作時に低出力を達成する（ピストンコンプレッサの小さな体積流量時）定常動作とを行うことができる。これにより、低回転数時に自由質量力による振動のおそれが無くなり、とりわけオイルフリー摩擦対の最大相対速度を遵守することができる。さらに、本発明の解決手段により、ピストンコンプレッサの全体の温度レベルを低下させることもできる。
【００１８】
よって、本発明の解決手段により、体積流量の調整範囲が拡大し、これによってコンプレッサの供給出力が増加し、相対温度レベルが低下して、同時にピストンコンプレッサのエネルギ効率と出力密度とが増加する。
【００１９】
ピストンコンプレッサは、クランクケース内に回転可能に取り付けられたクランクシャフトを介して駆動される。クランクシャフトの回転運動が往復運動として、シリンダ内に軸方向に運動するピストンに伝達されるように、それぞれピストンに接続された１つまたは複数のコネクティングロッドが、当該クランクシャフトの偏心位置に回転可能に取り付けられている。ピストンコンプレッサは、空気を圧縮するための少なくとも１つのシリンダを備えているが、隣り合ってまたは平行に配置された２つ以上のシリンダを備えることもでき、これらのシリンダは、ピストンコンプレッサを単段または多段構成にすることができるように、それぞれ当該シリンダ内に可動に配置されたピストンを用いて空気を圧縮するように設けられている。
【００２０】
ピストンコンプレッサの一実施形態では、ピストンコンプレッサはクランクケースを備えており、クランクケース内にクランクシャフトが配置されており、クランクシャフトに、ピストンに結合された少なくとも１つのコネクティングロッドが回転可能に取り付けられており、少なくとも１つのシリンダの吸入空気はクランクケース内に通される。
【００２１】
本実施形態では、少なくとも１つのシリンダの吸入空気はクランクケース内に通され、クランク伝動装置の要素、基本的にクランクシャフトと、コネクティングロッドと、１つまたは複数のピストンの下側と、これらの間に配置された軸受要素とを経由して流れ、その際にこれらを冷却する。吸入空気は基本的に、後でピストンコンプレッサの少なくとも１つのシリンダに吸入されてここで圧縮される空気である。
【００２２】
ピストンコンプレッサの一実施形態では、入口システムは空気導出装置を備えている。本実施形態により、ピストンコンプレッサの少なくとも１つのピストンに吸入空気を取り込んでここで圧縮するより遅い時期に、より多くの体積流量をクランクケース内に通すことができる。よって、クランクケース内における冷却空気体積流量を増大させることができ、なおかつ、クランクケース内を流れるときの吸入空気の加熱を減少させることができる。
【００２３】
空気導出装置はたとえば、吸入空気が既定の圧力に達した場合に開弁する逆止弁ないしは圧力逃し弁の構成とすることができる。また空気導出装置は、既定のパラメータ値に依存して開閉できるように、とりわけ制御装置によって開閉できるように構成することもできる。空気導出装置の一構成では、とりわけ過剰な吸入空気が入口システムから周囲へ排出され、空気導出装置の他の一構成ではたとえば、吸入空気の冷却された体積流量のうち既定の割合をクランクケースへ戻すことができる。
【００２４】
ピストンコンプレッサの他の一実施形態では、当該ピストンコンプレッサの少なくとも１つのシリンダを通過した後の圧縮された空気を冷却するための後冷却装置が配置されている。とりわけ、出口システムが、圧縮された空気を冷却するための後冷却装置を備えている。圧縮によってシリンダ内の空気が加熱され、空気出口を通って圧縮室内から吐出された圧縮された空気の温度が上昇する。出口システムの少なくとも１つの後冷却装置を用いて、少なくとも１つのシリンダを通過した後の圧縮された空気を冷却することにより、たとえば、その後の空気の蓄積、またはたとえば空気の除湿等の後続処理が簡素化する。ピストンコンプレッサの一実施形態では、出口システムの後冷却装置は、入口システムの吸入空気を冷却するための冷却装置の仕切りによって構成される。
【００２５】
他の一実施形態ではピストンコンプレッサは、予備圧縮装置の出力をとりわけ無段階で調整できる調整装置であって、当該調整によって空気入口における吸入圧をとりわけ無段階で調整できる調整装置を備えている。この調整装置は、予備圧縮装置を可変の出力で駆動する第２の駆動装置に作用接続されている。調整装置は、とりわけピストンコンプレッサの所要供給出力と所定の関係にある信号および／または測定値を受け取り、調整装置はこの信号および／または測定値を用いて、第２の駆動装置の出力を調整し、これによって予備圧縮装置の出力を調整する。このようにして、入口システムを通ってシリンダに流入する空気の、予備圧縮装置による予備圧縮率が調整される。
【００２６】
前記課題を解決するため、さらに、上記形式のピストンコンプレッサを制御する方法であって、調整装置が予備圧縮装置の出力を、空気入口における最大吸入圧（ｐｍａｘ）に相当する最大値と、シリンダ内のピストン往復運動によって空気入口に生成される吸入圧（ｐ０）に相当する最小値との間で調整する方法を提案する。よって、本発明の方法により、空気入口における最大吸入圧と最小吸入圧との間の拡大された調整範囲で、とりわけ無段階で、ピストンコンプレッサの供給出力を調整することができる。このようにして、コンプレッサの体積流量の調整範囲が拡大し、エネルギ効率および出力密度が向上する。
【００２７】
ピストンコンプレッサを制御する方法の一実施形態では、調整装置は少なくとも１つの信号発生器および／または少なくとも１つのセンサに信号接続されており、調整装置は予備圧縮装置の出力を、当該少なくとも１つの信号発生器および／またはセンサの少なくとも１つの値および／または信号に依存して調整する。本実施形態では調整装置に、少なくとも１つのセンサおよび／または少なくとも１つの信号発生器から、ピストンコンプレッサの各時点で最新の所要供給出力に関連する値ないしは信号が伝送され、調整装置は最新の所要供給出力から最新の所要体積流量を求めて、この要求に応じて予備圧縮装置の出力を調整する。このようにして調整装置を用いて、たとえば最新の要求、たとえば鉄道車両等の、コンプレッサを備えたシステムの動作状態または最新の状況に依存して、ピストンコンプレッサの体積流量を適宜調整することができる。
【００２８】
本方法の他の一実施形態では、調整装置は少なくとも１つのセンサから値を受け取る。こうするために、少なくとも１つのセンサは、とりわけ圧力センサ、温度センサ、体積流量センサ、回転数センサまたは他の適切なセンサを有する群から選択される。これらのセンサはとりわけ、予備圧縮装置の調整に関連するパラメータ値を検出する。適切な圧力センサはたとえば、ピストンコンプレッサから供給を受ける圧力システム内の圧力を検出するものである。かかるセンサはたとえば出口システムに、ここに後冷却装置が配置されている場合には当該後冷却装置の前もしくは後に、または圧縮空気容器内に配置することができる。圧縮空気システム内の検出された圧力値に依存して、ピストンコンプレッサの高い供給出力を必要とする高速充填が必要となることがあり得、またはより小さい供給出力でより経済的に行うことができる、取り出された少量の圧縮空気の再充填が必要となることがあり得る。
【００２９】
体積流量センサを用いると、圧縮空気システム内から取り出された体積流量を直接検出することができる。その値はたとえば、ピストンコンプレッサの再充填動作時に必要な圧縮空気量にも影響を及ぼす。クランクシャフトの回転数を調整装置へ伝送する回転数センサを用いると、ピストンコンプレッサを制御する方法では、吸気システム内を流れる体積流量の値を導出することができる。温度センサを用いると、たとえばクランクケース内、入口システム内、出口システム内または圧縮空気システム内の空気温度を検出することができ、この空気温度からも、ピストンコンプレッサの供給出力に課される種々の要求を導出することができ、この供給出力は、調整装置を用いて適宜調整することができる。
【００３０】
ピストンコンプレッサを制御する方法の一実施形態では、調整装置は少なくとも１つの信号発生器に信号接続されており、信号発生器は、運転管理システム、たとえば第１の駆動装置の制御装置等の制御装置、または他の適切な装置であって、ピストンコンプレッサの供給出力の制御に関連する情報を処理する装置を有する群から選択される。ピストンコンプレッサ用の調整装置は、車両管理システムからたとえば、瞬時の圧縮空気消費量および圧縮空気システムの最新の所要充填レベルを導出できる、車両の最新の動作状態に関する値、たとえば車速、ブレーキ作動または幹線運転等を受け取る。第１の駆動装置の制御装置の信号に基づいても、調整装置は、ピストンコンプレッサが現在使用されているシステムの動作状態と最新の動作状況とに関する情報を導出することができ、この情報から、ピストンコンプレッサの所要体積流量に対応する制御値を求めて適用することができる。
【００３１】
ピストンコンプレッサを制御する方法の一実施形態では、調整装置は冷却装置の出力を、予備圧縮装置の出力に依存せずに調整する。その際には、冷却装置の出力の目標値を調整装置へ直接伝送することができる。また調整装置は、調整目標のこの目標値を、とりわけ、たとえば周囲、クランクケース内または圧縮空気容器内の温度を含むセンサ値または信号発生器値にも依存して求めることができる。その際には、予備圧縮装置の出力に依存せずに、たとえばピストンコンプレッサにおける空気の圧縮を強化もしくは減少するため、または圧力システムの温度レベルをピストンコンプレッサの吸入空気の温度を低下または上昇させることによって間接的に操作するため、冷却装置の冷却出力を上昇または低下することが必要となり得る。
【００３２】
図面を参酌して以下の説明を読めば、本発明の他の利点、特徴および利用可能性が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一例のピストンコンプレッサの第１の実施形態の概略図である。
【図２】本発明の一例のピストンコンプレッサの第２の実施形態の概略図である。
【図３】入口圧の増圧による体積流量変化を示すグラフである。
【００３４】
図１は、本発明の一例のピストンコンプレッサ１０の第１の実施形態の概略図である。本実施例ではオイルフリーすなわち無潤滑型のピストンコンプレッサ１０は、クランクケース２０と、当該クランクケース２０内に配置されたクランクシャフト２１とを備えており、クランクシャフト２１は第１の駆動装置２２に結合されており、これによって駆動される。本実施例では単段式として示されているピストンコンプレッサ１０は、圧縮室１４を有するシリンダ１１を備えており、シリンダ１１は、当該シリンダ１１内に配置されたピストン１２を用いて空気を圧縮するためのものであり、ピストン１２は、クランクシャフト２１に偏心位置に回転可能に取り付けられたコネクティングロッド１３を介して駆動される。
【００３５】
シリンダ１１は空気入口３０を備えており、空気入口３０は入口システム３１に接続されており、入口システム３１は、圧縮される空気を圧縮室１４の空気入口３０へ送る。シリンダ１１はさらに空気出口３３を備えており、空気出口３３は出口システム３４に接続されており、出口システム３４は、圧縮された空気を圧縮室１４から取り込む。クランクシャフト２１はコネクティングロッド１３と、これらに配置されかつその間に配置された軸受と共に、クランク伝動装置１５を構成し、このクランク伝動装置１５は、ピストンコンプレッサ１０の動作中にクランクケース２０内において加熱する。
【００３６】
本例の実施形態のクランクケース２０は、空気供給管路２５を介して空気フィルタ２６に接続されており、空気フィルタ２６を介して周囲空気が吸入され、空気供給管路２５を介してクランクケース２０内へ送られる。クランクケース２０の、空気供給管路２５の接続部から離れた領域に、入口システム３１が配置されているので、空気供給管路２５からクランクケース２０内へ送られた空気は、クランクケース２０内を通った後、入口システム３１によってクランクケース２０から流出することができる。ここで形成された空気流は、とりわけクランク伝動装置１５の要素を通過して、同時にクランク伝動装置１５を冷却する際に熱エネルギを取り込む。
【００３７】
入口システム３１は外付け高出力ブロワの形態の予備圧縮装置２８を備えており、これは予備圧縮装置駆動装置（第２の駆動装置）２９によって駆動される。予備圧縮装置２８の作用により、周囲空気が空気フィルタ２６を通ってクランクケース２０へ吸入され、クランク伝動装置１５の各要素を通過して、これらの要素から熱エネルギを取り込む。予備圧縮装置２８は、クランクケース２０を通過した後の加熱した空気を入口システム３１に吸引してこれを圧縮し、予備圧縮装置駆動装置２９の現在の出力に依存して、空気入口３０においてシリンダ１１より上流側で、周囲圧より高い圧力を発生させる。空気入口３０において圧力が増圧することにより、ピストン１２の吸入ストローク中に圧縮室１４内へ流入できる空気が増加し、これによって、ピストンコンプレッサ１０の供給出力および効率が向上する。
【００３８】
図１の一例の実施形態では、入口システム３１は予備圧縮装置２８とシリンダ１１との間に冷却装置３２を備えており、この冷却装置３２は、入口システム３１内を通る空気を冷却する。クランクケース２０の通過時にも、予備圧縮装置２８における予備圧縮によっても、吸入空気は加熱し、これによって体積拡大が生じ、この体積拡大によって、吸入ストローク中に圧縮室１４内へ取り込むことができる空気量の減少が引き起こされる。かかる現象を相殺するため、入口システム３１は、吸入空気の流れ方向において予備圧縮装置２８より下流に冷却装置３２を備えており、この冷却装置３２は、予備圧縮された吸入空気を冷却する。かかる冷却により、圧縮室１４により大量の空気を取り込むことができる。かかる措置により、ピストンコンプレッサ１０の供給出力および効率がさらに向上する。
【００３９】
予備圧縮装置駆動装置２９は、ピストンコンプレッサ１０の本例の実施形態では調整装置４０に接続されており、調整装置４０は予備圧縮装置２８の出力を調整し、これによって空気入口３０の吸入圧を調整する。ピストンコンプレッサ１０の入口システム３１および出口システム３４の適切な場所に、複数の圧力センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃおよび複数の温度センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃが配置されており、これらはそれぞれ、調整装置４０に信号接続されている（図示されていない）。圧力センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃおよび温度センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、入口システム３１ないしは出口システム３４の各位置に存在する各空気温度ないしは圧力を、調整装置４０へ伝送する。
【００４０】
さらに、調整装置４０は装置管理システム４５に信号接続されており、この装置管理システム４５は、ピストンコンプレッサ１０の圧縮空気供給に関連する他のデータを調整装置４０へ伝送する。調整装置４０がとりわけ圧力センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃと温度センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと装置管理システム４５とから受け取ったデータから、調整装置４０は圧縮空気供給システムの最新の需要を求め、これによりピストンコンプレッサ１０の所要供給出力を求める。これから導かれた需要によって、調整装置４０は予備圧縮装置駆動装置２９の適切な調整により、空気入口３０における吸入空気の、予備圧縮装置２８による予備圧縮の程度を適切に調整する。
【００４１】
本発明のピストンコンプレッサ１０の図示されていない他の一例の実施形態では、冷却装置３２および後冷却装置３５の出力制御部も調整装置４０に接続されている。その際には、調整装置４０を用いて両冷却装置３２，３５の冷却出力を、とりわけ各々求められた所要冷却出力に調整することもできる。
【００４２】
図２は、本発明の一例のピストンコンプレッサ１０の第２の実施形態の概略図である。図２のピストンコンプレッサ１０の大半は、図１に示されており同図について説明したピストンコンプレッサ１０と一致するので、ピストンコンプレッサ１０の同一の要素には同一の符号を付している。以下では、概略的に示された両ピストンコンプレッサ１０間の相違点のみを説明する。
【００４３】
図２に示されているピストンコンプレッサ１０は、図１のピストンコンプレッサ１０と異なり、入口システム３１に配置された、圧力逃し弁の形態の空気導出装置３６を備えている。同図中の実施形態では、入口システム３１内の、吸入空気の流れ方向において冷却装置３２より下流の圧力が、既定の値を上回ると直ちに、空気導出装置３６の圧力逃し弁が開弁し、入口システム３１内の過剰な吸入空気をピストンコンプレッサ１０の周囲へ排出する。このようにして、クランクケース２０内を通って予備圧縮された後の過剰な空気を、入口システム３１から排出することができるので、クランクケース２０を冷却するための空気の体積流量を、ピストンコンプレッサ１０の供給出力より多くすることができる。
【００４４】
本例の実施形態では、クランクケース２０内を通る空気体積流量を、十分に任意の大きさで実現することができ、冷却装置３２は場合によっては、増加した体積流量に対応して、図１のピストンコンプレッサ１０より大型に構成される。供給出力が図１のピストンコンプレッサ１０と同じである場合には、空気フィルタ２６によって吸入される空気量も増加する。
【００４５】
図３は、入口システム３１を通過するときの吸入空気の予備圧縮および冷却に起因する、ピストンコンプレッサ１０によって圧送される体積流量の変化を示すグラフである。同グラフでは、空気入口３０における吸入空気の圧力を、ピストンコンプレッサ１０によって圧送される体積流量との関係において示している。
【００４６】
先行技術のピストンコンプレッサ１０によって圧送される体積流量５１は、破線の曲線によって示されている。本発明のピストンコンプレッサ１０によって圧送される体積流量５２は、実線の曲線によって示されている。
【００４７】
同グラフから読み取れるように、吸入空気を予備圧縮しかつ冷却することで、吸入圧ｐｅ０がΔｐｅ増加してｐｅ１になることにより、体積流量はΔＶ増加してＶ１となっている。というのも、圧縮室のストローク容積Ｖ０には、先行技術のピストンコンプレッサ１０より多くの空気量が充填されることになるからである。
【００４８】
上記の説明、図面および特許請求の範囲にて開示された本発明の各特徴は、単独でも、また任意の組み合わせでも、本発明の実現に本質的なものとなり得る。
【符号の説明】
【００４９】
１０  ピストンコンプレッサ
１１  シリンダ
１２  ピストン
１３  コネクティングロッド
１４  圧縮室
１５  クランク伝動装置
２０  クランクケース
２１  クランクシャフト
２２  第１の駆動装置
２５  空気供給管路
２６  空気フィルタ
２８  予備圧縮装置
２９  予備圧縮装置駆動装置
３０  空気入口
３１  入口システム
３２  冷却装置
３３  空気出口
３４  出口システム
３５  後冷却装置
３６  空気導出装置
４０  調整装置
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ  圧力センサ
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  温度センサ
４５  装置管理システム
５１  先行技術のピストンコンプレッサの体積流量
５２  本発明のピストンコンプレッサの体積流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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